建筑结构抗震性能设计探究

建筑结构抗震性能设计探究

黄世文

清远市城乡规划设计院清远市清城区511500

摘要：抗震性能设计是建筑结构设计的重要内容，对建筑结构安全有直接影响。本文首先对建筑结构抗震性能设计要点进行分析，包括建筑抗震设计目标和抗震性能要求等。在此基础上，结合某建筑工程案例，具体研究建筑结构抗震设计方法，主要研究内容包括主体结构设计、基础选型、结构超限分析、大震弹塑性计算、抗震加固措施等，以期为相关工程提供参考。

关键字：建筑结构；抗震性能；设计策略

前言：地震是一种常见的自然灾害现象，会对建筑结构产生较大的破坏作用力。因此，在建筑设计之初，就需要充分考虑建筑结构的抗震需求，按照当地的地震灾害发生情况以及建筑等级的抗震设计要求，确保建筑结构的安全性。在具体设计过程中，则需要充分收集相关资料，并准确进行计算分析，确保建筑抗震设计的合理性。总体而言，有必要对建筑抗震设计进行研究，明确其设计要点及具体设计方法。

一、建筑结构抗震性能设计要点

（一）设计目标

在发生地震灾害的过程中，地壳快速释放具有破坏作用的地震能量，会引起地表振动，具有突发性和破坏性。建筑结构抗震设计的目的就是提升建筑结构自身强度和稳定性，从而在受到地震作用影响时，能够将破坏程度降至最低，避免引发结构坍塌、倾覆等严重问题。在工程实践中，需要同时满足工程设计要求和相关标准规范的要求。并将国家和行业制定的标准规范，作为建筑抗震设计依据，由资质合格的设计单位负责制定具体的抗震设计方案。同时，建筑抗震设计还要考虑工程的可操作性，充分开展地质勘察及周边环境调查等工作。分析静态地质状态下的地震变化情况，提升建筑抗震性能，为居住者的生命财产安全提供保障[1]。

（二）抗震性能要求

在实际工程中，建筑结构抗震性能会受多方面因素影响，需要全方位满足结构承载力、结构强度、结构损伤等方面的要求。首先从结构承载力方面来看，一般采用惯性力分析地震作用，判断建筑结构的构件强度，分析在极限状态下，是否会对建筑使用功能造成影响。同时也需要在极限状态下分析建筑的受力变化情况，判断受破坏的构件是否可以修复。一般情况下，如果建筑结构抗侧力和竖向重力荷载能够满足要求，就不会在抗震设防等级下出现大面积坍塌现象。此外，在设计过程中也要研究地震输入能量与结构之间的消能关系，比如地震能力是否能够被建筑结构和阻尼所消耗，从而判断建筑结构是否安全。结构总能耗与地震运动输入的平衡关系为EK+ED+ES=EEQ，其中，EK为结构体系功能，ED为阻尼能耗，ES为体系变形，EEQ为地震输入能量。最后，还要确保地震损伤指数符合要求，如表1所示。

表1建筑结构地震损伤性能指标

二、建筑结构抗震性能设计的案例分析

（一）主体结构设计及基础选型

某建筑工程为综合建筑，建筑总面积为16.8万m2，抗震设防烈度为7度。在具体的设计过程中，首先要将抗震设计与主体结构设计、基础选型联系起来。该工程建筑的高宽比为6.4，主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，裙楼采用框架结构，包括局部的框支转换结构和大跨度结构。建筑楼盖采用钢筋混凝土梁结构，地下室的顶板为嵌固层。由于该工程的地形条件较为复杂，在前期准备阶段，通过全面搜集勘察资料，并对超高层墙柱荷载进行分析，决定采用混凝土灌注桩基础。在抗震设计过程中，需要确保各部分结构均能满足小震、中震、大震中的抗震性能要求[2]。

（二）结构超限情况分析

由于该工程存在高度超限建筑，需要充分考虑楼板和构件不连续的问题，在建筑结构体系设计过程中，合理进行布局，对超限情况进行分析。最终给确定结构抗震性能的设计目标为C级。在小震作用下，底部加强区的剪力墙及关键构件、转换梁和转换柱、上部剪力墙、框架梁和框架柱等，都需要满足弹性要求。在中震作用下，各部分结构要满足抗弯不屈服、抗剪弹性要求。在大震作用下，底部加强区剪力墙和转换梁、转换柱，也要满足部分抗弯屈服和抗剪不屈服要求。上部剪力墙的框架柱应满足部分抗弯屈服要求，并满足抗剪截面验算。框架梁和连梁则要满足大部分屈服要求。根据建筑结构超限情况和具体抗震设计要求，开展相关计算分析工作。

（三）大震弹塑性计算

在工程抗抗震设计计算分析过程中，需要对单塔和多塔进行弹性计算，根据平扭耦联、双向地震作用和偶然偏心地震作用等参数，对结构抗震性能是否满足要求进行分析。在上述工程的分析过程中发现，底部部分楼层剪重比未达到设计要求，应该增加计算振型数、地震剪力系数。在计算过程中，选取5组天然波、2组人工波，开展补充弹性时程计算分析。其中，地震波最小峰值的加速度为36cm/s2，其持续时间符合要求。得到的前三周期平均地震影响系数、反应谱结构等，误差均小于20%。在中震和大震弹性计算分析过程中，需要综合考虑结构阻尼比和连梁刚度折减等方面的因素。特别是大底盘双塔结构抗震性能分析，需要采取动力弹性分析方法，分别确定结构在X、Y方向上的最大剪力值，确定剪重比和顶点平均位移值，如果不满足要求，需要采取相应的加固措施。

（四）抗震加固措施

根据上述分析计算结果，部分结构需要采取加固措施，具体包括：（1）剪力墙底部，需要对其配筋率进行调整，将最小配筋率改变为0.5%；（2）转换梁和转换柱，需要采取构件加固措施，具体可在其内部增设型钢材料，确保剪力墙整体结构负荷性能良好，并对其延性性能作出优化；（3）受拉墙肢，对于在中震作用下不屈服的受拉墙肢，需要对其进行调整，改变竖向的钢筋分布状态，调整配筋率，也提升到0.5%；（4）裙楼楼板，需要对裙楼楼板进行加厚处理，将其厚度增加到150mm，同时要进行双层双向配置。裙楼屋面的双向大跨度结构梁和与其连接的结构柱需要采用加强构件进行加固。在相邻跨延伸的2/3范围内，还需要增加钢骨混凝土结构梁，以满足建筑抗震要求。

结束语：综上所述，针对建筑结构抗震设计在工程设计中占有的重要地位，通过对其设计目标和要求进行分析，可以更加明确建筑结构抗震设计需要满足的条件，确保设计方法的合理性。在此基础上，通过对建筑结构进行合理设计，并对其结构抗震性能进行计算分析，采取加固措施解决存在的问题，可以有效提升建筑抗震性能。

参考文献：

[1]蓝天.高层建筑结构抗震性能和抗震设计的相关研究[J].河南建材,2017(04):90-91.

[2]崔玉磊.高层建筑结构抗震性能处理措施分析与设计[J].城市建设理论研究(电子版),2017(06):141-142.